TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Maratea, Marco A1 - Ricca, Francesco T1 - The Seventh Answer Set Programming Competition BT - design and results JF - Theory and practice of logic programming N2 - Answer Set Programming (ASP) is a prominent knowledge representation language with roots in logic programming and non-monotonic reasoning. Biennial ASP competitions are organized in order to furnish challenging benchmark collections and assess the advancement of the state of the art in ASP solving. In this paper, we report on the design and results of the Seventh ASP Competition, jointly organized by the University of Calabria (Italy), the University of Genova (Italy), and the University of Potsdam (Germany), in affiliation with the 14th International Conference on Logic Programming and Non-Monotonic Reasoning (LPNMR 2017). KW - Answer Set Programming KW - competition Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068419000061 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 2 SP - 176 EP - 204 PB - Cambridge Univ. Press CY - Cambridge [u.a.] ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandinno, Jorge A1 - Lierler, Yuliya T1 - Modular Answer Set Programming as a formal specification language JF - Theory and practice of logic programming N2 - In this paper, we study the problem of formal verification for Answer Set Programming (ASP), namely, obtaining aformal proofshowing that the answer sets of a given (non-ground) logic programPcorrectly correspond to the solutions to the problem encoded byP, regardless of the problem instance. To this aim, we use a formal specification language based on ASP modules, so that each module can be proved to capture some informal aspect of the problem in an isolated way. This specification language relies on a novel definition of (possibly nested, first order)program modulesthat may incorporate local hidden atoms at different levels. Then,verifyingthe logic programPamounts to prove some kind of equivalence betweenPand its modular specification. KW - Answer Set Programming KW - formal specification KW - formal verification KW - modular logic programs Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000265 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 5 SP - 767 EP - 782 PB - Cambridge University Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandinno, Jorge A1 - Garea, Javier A1 - Romero, Javier A1 - Schaub, Torsten H. T1 - Eclingo BT - a solver for epistemic logic programs JF - Theory and practice of logic programming N2 - We describe eclingo, a solver for epistemic logic programs under Gelfond 1991 semantics built upon the Answer Set Programming system clingo. The input language of eclingo uses the syntax extension capabilities of clingo to define subjective literals that, as usual in epistemic logic programs, allow for checking the truth of a regular literal in all or in some of the answer sets of a program. The eclingo solving process follows a guess and check strategy. It first generates potential truth values for subjective literals and, in a second step, it checks the obtained result with respect to the cautious and brave consequences of the program. This process is implemented using the multi-shot functionalities of clingo. We have also implemented some optimisations, aiming at reducing the search space and, therefore, increasing eclingo 's efficiency in some scenarios. Finally, we compare the efficiency of eclingo with two state-of-the-art solvers for epistemic logic programs on a pair of benchmark scenarios and show that eclingo generally outperforms their obtained results. KW - Answer Set Programming KW - Epistemic Logic Programs KW - Non-Monotonic KW - Reasoning KW - Conformant Planning Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068420000228 SN - 1471-0684 SN - 1475-3081 VL - 20 IS - 6 SP - 834 EP - 847 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - THES A1 - Kaminski, Roland T1 - Complex reasoning with answer set programming N2 - Answer Set Programming (ASP) allows us to address knowledge-intensive search and optimization problems in a declarative way due to its integrated modeling, grounding, and solving workflow. A problem is modeled using a rule based language and then grounded and solved. Solving results in a set of stable models that correspond to solutions of the modeled problem. In this thesis, we present the design and implementation of the clingo system---perhaps, the most widely used ASP system. It features a rich modeling language originating from the field of knowledge representation and reasoning, efficient grounding algorithms based on database evaluation techniques, and high performance solving algorithms based on Boolean satisfiability (SAT) solving technology. The contributions of this thesis lie in the design of the modeling language, the design and implementation of the grounding algorithms, and the design and implementation of an Application Programmable Interface (API) facilitating the use of ASP in real world applications and the implementation of complex forms of reasoning beyond the traditional ASP workflow. KW - Answer Set Programming KW - Declarative Problem Solving KW - Grounding Theory KW - Preference Handling KW - Answer Set Solving modulo Theories KW - Temporal Answer Set Solving Y1 - 2023 ER - TY - THES A1 - Hecher, Markus T1 - Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving N2 - In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver’s interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth. In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth. Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat. N2 - In den letzten Jahrzehnten konnte ein beachtlicher Fortschritt im Bereich der Aussagenlogik verzeichnet werden. Dieser äußerte sich dadurch, dass für das wichtigste Problem in diesem Bereich, genannt „Sat“, welches sich mit der Fragestellung befasst, ob eine gegebene aussagenlogische Formel erfüllbar ist oder nicht, überwältigend schnelle Computerprogramme („Solver“) entwickelt werden konnten. Interessanterweise liefern diese Solver eine beeindruckende Leistung, weil sie oft selbst Probleminstanzen mit mehreren Millionen von Variablen spielend leicht lösen können. Auf der anderen Seite jedoch glaubt man in der Wissenschaft weitgehend an die Exponentialzeithypothese (ETH), welche besagt, dass man im schlimmsten Fall für das Lösen einer Instanz in diesem Bereich exponentielle Laufzeit in der Anzahl der Variablen benötigt. Dieser vermeintliche Widerspruch ist noch immer nicht vollständig geklärt, denn wahrscheinlich gibt es viele ineinandergreifende Gründe für die Schnelligkeit aktueller Sat Solver. Einer dieser Gründe befasst sich weitgehend mit strukturellen Eigenschaften von Probleminstanzen, die wohl indirekt und intern von diesen Solvern ausgenützt werden. Diese Dissertation beschäftigt sich mit solchen strukturellen Eigenschaften, nämlich mit der sogenannten Baumweite. Die Baumweite ist sehr gut erforscht und versucht zu messen, wie groß der Abstand von Probleminstanzen zu Bäumen ist (Baumnähe). Allerdings ist dieser Parameter sehr generisch und bei Weitem nicht auf Problemstellungen der Aussagenlogik beschränkt. Tatsächlich gibt es viele weitere Probleme, die parametrisiert mit Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Interessanterweise gibt es auch viele Probleme in der Wissensrepräsentation (KR), von denen man davon ausgeht, dass sie härter sind als das Problem Sat, die bei beschränkter Baumweite in polynomieller Zeit gelöst werden können. Ein prominentes Beispiel solcher Probleme ist das Problem QSat, welches sich für die Gültigkeit einer gegebenen quantifizierten, aussagenlogischen Formel (QBF), das sind aussagenlogische Formeln, wo gewisse Variablen existenziell bzw. universell quantifiziert werden können, befasst. Bemerkenswerterweise wird allerdings auch im Zusammenhang mit Baumweite, ähnlich zu Methoden der klassischen Komplexitätstheorie, die tatsächliche Komplexität (Härte) solcher Problemen quantifiziert, wo man die exakte Laufzeitabhängigkeit beim Problemlösen in der Baumweite (Stufe der Exponentialität) beschreibt. Diese Arbeit befasst sich mit fortgeschrittenen, Baumweite-basierenden Methoden und Werkzeugen für Probleme der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz (AI). Dabei präsentieren wir Methoden, um präzise Laufzeitresultate (obere Schranken) für prominente Fragmente der Antwortmengenprogrammierung (ASP), welche ein kanonisches Paradigma zum Lösen von Problemen der Wissensrepräsentation darstellt, zu erhalten. Unsere Resultate basieren auf dem Konzept der dynamischen Programmierung, die angeleitet durch eine sogenannte Baumzerlegung und ähnlich dem Prinzip „Teile-und-herrsche“ funktioniert. Solch eine Baumzerlegung ist eine konkrete, strukturelle Zerlegung einer Probleminstanz, die sich stark an der Baumweite orientiert. Des Weiteren präsentieren wir einen neuen Typ von Problemreduktion, den wir als „decomposition-guided (DG)“, also „zerlegungsangeleitet“, bezeichnen. Dieser Reduktionstyp erlaubt es, Baumweiteerhöhungen und -verringerungen während einer Problemreduktion von einem bestimmten Problem zu einem anderen Problem präzise zu untersuchen und zu kontrollieren. Zusätzlich ist dieser neue Reduktionstyp die Basis, um ein lange offen gebliebenes Resultat betreffend quantifizierter, aussagenlogischer Formeln zu zeigen. Tatsächlich sind wir damit in der Lage, präzise untere Schranken, unter der Annahme der Exponentialzeithypothese, für das Problem QSat bei beschränkter Baumweite zu zeigen. Genauer gesagt können wir mit diesem Konzept der DG Reduktionen zeigen, dass das Problem QSat, beschränkt auf Quantifizierungsrang ` und parametrisiert mit Baumweite k, im Allgemeinen nicht besser als in einer Laufzeit, die `-fach exponentiell in der Baumweite und polynomiell in der Instanzgröße ist1, lösen. Dieses Resultat hebt auf nicht-inkrementelle Weise ein bekanntes Ergebnis für Quantifizierungsrang 2 auf beliebige Quantifizierungsränge, allerdings impliziert es auch sehr viele weitere Konsequenzen. Das Resultat über die untere Schranke des Problems QSat erlaubt es, eine neue Methodologie zum Zeigen unterer Schranken einer Vielzahl von Problemen der Wissensrepräsentation und künstlichen Intelligenz, zu etablieren. In weiterer Konsequenz können wir damit auch zeigen, dass die oberen Schranken sowie die DG Reduktionen dieser Arbeit unter der Hypothese ETH „eng“ sind, d.h., sie können wahrscheinlich nicht mehr signifikant verbessert werden. Die Ergebnisse betreffend der unteren Schranken für QSat und die dazugehörige Methodologie konstituieren in gewisser Weise eine Hierarchie von über Baumweite parametrisierte Laufzeitklassen. Diese Laufzeitklassen können verwendet werden, um die Härte von Problemen für das Ausnützen von Baumweite zu quantifizieren und diese entsprechend ihrer Laufzeitabhängigkeit bezüglich Baumweite zu kategorisieren. Schlussendlich und trotz der genannten Resultate betreffend unterer Schranken sind wir im Stande, eine effiziente Implementierung von Algorithmen basierend auf dynamischer Programmierung, die entlang einer Baumzerlegung angeleitet wird, zur Verfügung zu stellen. Dabei funktioniert unser Ansatz dahingehend, indem er probiert, passende Abstraktionen von Instanzen zu finden, die dann im Endeffekt sukzessive und auf rekursive Art und Weise verfeinert und verbessert werden. Inspiriert durch die enorme Effizienz und Effektivität der Sat Solver, ist unsere Implementierung ein hybrider Ansatz, weil sie den starken Gebrauch von Sat Solvern zum Lösen diverser Subprobleme, die während der dynamischen Programmierung auftreten, pflegt. Dabei stellt sich heraus, dass der resultierende Solver unserer Implementierung im Bezug auf Effizienz beim Lösen von zwei kanonischen, Sat-verwandten Zählproblemen mit bestehenden Solvern locker mithalten kann. Tatsächlich sind wir im Stande, Instanzen, wo die oberen Schranken von Baumweite 260 übersteigen, zu lösen. Diese überraschende Beobachtung zeigt daher, dass Baumweite ein wichtiger Parameter sein könnte, der wohl in modernen Designs von Solvern berücksichtigt werden sollte. KW - Treewidth KW - Dynamic Programming KW - Knowledge Representation and Reasoning KW - Artificial Intelligence KW - Computational Complexity KW - Parameterized Complexity KW - Answer Set Programming KW - Exponential Time Hypothesis KW - Lower Bounds KW - Algorithms KW - Algorithmen KW - Antwortmengenprogrammierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Komplexitätstheorie KW - Dynamische Programmierung KW - Exponentialzeit Hypothese KW - Wissensrepräsentation und Schlussfolgerung KW - Untere Schranken KW - Parametrisierte Komplexität KW - Baumweite Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519 ER - TY - GEN A1 - Aguado, Felicidad A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandinno, Jorge A1 - Pearce, David A1 - Perez, Gilberto A1 - Vidal, Concepcion T1 - Revisiting explicit negation in answer set programming T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - A common feature in Answer Set Programming is the use of a second negation, stronger than default negation and sometimes called explicit, strong or classical negation. This explicit negation is normally used in front of atoms, rather than allowing its use as a regular operator. In this paper we consider the arbitrary combination of explicit negation with nested expressions, as those defined by Lifschitz, Tang and Turner. We extend the concept of reduct for this new syntax and then prove that it can be captured by an extension of Equilibrium Logic with this second negation. We study some properties of this variant and compare to the already known combination of Equilibrium Logic with Nelson's strong negation. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1104 KW - Answer Set Programming KW - non-monotonic reasoning KW - Equilibrium logic KW - explicit negation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469697 SN - 1866-8372 IS - 1104 SP - 908 EP - 924 ER - TY - JOUR A1 - Cabalar, Pedro A1 - Fandinno, Jorge A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Schellhorn, Sebastian T1 - Gelfond-Zhang aggregates as propositional formulas JF - Artificial intelligence N2 - Answer Set Programming (ASP) has become a popular and widespread paradigm for practical Knowledge Representation thanks to its expressiveness and the available enhancements of its input language. One of such enhancements is the use of aggregates, for which different semantic proposals have been made. In this paper, we show that any ASP aggregate interpreted under Gelfond and Zhang's (GZ) semantics can be replaced (under strong equivalence) by a propositional formula. Restricted to the original GZ syntax, the resulting formula is reducible to a disjunction of conjunctions of literals but the formulation is still applicable even when the syntax is extended to allow for arbitrary formulas (including nested aggregates) in the condition. Once GZ-aggregates are represented as formulas, we establish a formal comparison (in terms of the logic of Here-and-There) to Ferraris' (F) aggregates, which are defined by a different formula translation involving nested implications. In particular, we prove that if we replace an F-aggregate by a GZ-aggregate in a rule head, we do not lose answer sets (although more can be gained). This extends the previously known result that the opposite happens in rule bodies, i.e., replacing a GZ-aggregate by an F-aggregate in the body may yield more answer sets. Finally, we characterize a class of aggregates for which GZ- and F-semantics coincide. KW - Aggregates KW - Answer Set Programming Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.artint.2018.10.007 SN - 0004-3702 SN - 1872-7921 VL - 274 SP - 26 EP - 43 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Ostrowski, Max A1 - Pauleve, L. A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Siegel, A. A1 - Guziolowski, Carito T1 - Boolean network identification from perturbation time series data combining dynamics abstraction and logic programming JF - Biosystems : journal of biological and information processing sciences N2 - Boolean networks (and more general logic models) are useful frameworks to study signal transduction across multiple pathways. Logic models can be learned from a prior knowledge network structure and multiplex phosphoproteomics data. However, most efficient and scalable training methods focus on the comparison of two time-points and assume that the system has reached an early steady state. In this paper, we generalize such a learning procedure to take into account the time series traces of phosphoproteomics data in order to discriminate Boolean networks according to their transient dynamics. To that end, we identify a necessary condition that must be satisfied by the dynamics of a Boolean network to be consistent with a discretized time series trace. Based on this condition, we use Answer Set Programming to compute an over-approximation of the set of Boolean networks which fit best with experimental data and provide the corresponding encodings. Combined with model-checking approaches, we end up with a global learning algorithm. Our approach is able to learn logic models with a true positive rate higher than 78% in two case studies of mammalian signaling networks; for a larger case study, our method provides optimal answers after 7 min of computation. We quantified the gain in our method predictions precision compared to learning approaches based on static data. Finally, as an application, our method proposes erroneous time-points in the time series data with respect to the optimal learned logic models. (C) 2016 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved. KW - Model identification KW - Time series data KW - Multiplex phosphoproteomics data KW - Boolean networks KW - Answer Set Programming Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2016.07.009 SN - 0303-2647 SN - 1872-8324 VL - 149 SP - 139 EP - 153 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Gebser, Martin A1 - Kaminski, Roland A1 - Schaub, Torsten H. T1 - Complex optimization in answer set programming JF - Theory and practice of logic programming N2 - Preference handling and optimization are indispensable means for addressing nontrivial applications in Answer Set Programming (ASP). However, their implementation becomes difficult whenever they bring about a significant increase in computational complexity. As a consequence, existing ASP systems do not offer complex optimization capacities, supporting, for instance, inclusion-based minimization or Pareto efficiency. Rather, such complex criteria are typically addressed by resorting to dedicated modeling techniques, like saturation. Unlike the ease of common ASP modeling, however, these techniques are rather involved and hardly usable by ASP laymen. We address this problem by developing a general implementation technique by means of meta-prpogramming, thus reusing existing ASP systems to capture various forms of qualitative preferences among answer sets. In this way, complex preferences and optimization capacities become readily available for ASP applications. KW - Answer Set Programming KW - Preference Handling KW - Complex optimization KW - Meta-Programming Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1017/S1471068411000329 SN - 1471-0684 VL - 11 IS - 3 SP - 821 EP - 839 PB - Cambridge Univ. Press CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Mileo, Alessandra A1 - Schaub, Torsten H. A1 - Merico, Davide A1 - Bisiani, Roberto T1 - Knowledge-based multi-criteria optimization to support indoor positioning JF - Annals of mathematics and artificial intelligence N2 - Indoor position estimation constitutes a central task in home-based assisted living environments. Such environments often rely on a heterogeneous collection of low-cost sensors whose diversity and lack of precision has to be compensated by advanced techniques for localization and tracking. Although there are well established quantitative methods in robotics and neighboring fields for addressing these problems, they lack advanced knowledge representation and reasoning capacities. Such capabilities are not only useful in dealing with heterogeneous and incomplete information but moreover they allow for a better inclusion of semantic information and more general homecare and patient-related knowledge. We address this problem and investigate how state-of-the-art localization and tracking methods can be combined with Answer Set Programming, as a popular knowledge representation and reasoning formalism. We report upon a case-study and provide a first experimental evaluation of knowledge-based position estimation both in a simulated as well as in a real setting. KW - Knowledge representation KW - Answer Set Programming KW - Wireless Sensor Networks KW - Localization KW - Tracking Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1007/s10472-011-9241-2 SN - 1012-2443 SN - 1573-7470 VL - 62 IS - 3-4 SP - 345 EP - 370 PB - Springer CY - Dordrecht ER -